小行星表面温度是研究行星热物理特性的关键参数。 太阳系中小天体的轨道动力学研究具有多种实际应用, 包括预测行星体轨道和撞击产生的陨石坑率、 选择航天器合适的探测采样目标。 对于近地天体, 分析它们的轨道结构、 星体的轨道演化和未来的偏移轨迹等近地天体动力学特性具有重要意义。 中国即将发射“天问二号”, 对近地小行星2016HO3进行热辐射探测和风化层采样。 “天问二号”预计在不远的将来到达环绕2016HO3的轨道。 研究了一种温度-比辐射率分离算法, 用于从“欧西里斯-雷克斯”热辐射光谱仪(OTES)辐亮度数据中, 计算与小行星2016HO3热物理性质相近的行星“贝努”(Bennu)的表面温度。 温度-比辐射率分离算法融合了发射率归一化法(NEM)、 比值法(RAT)、 发射率最大最小值差法(MMD), 是目前精度较高的一种表面温度反演算法。 为了验证算法的准确性, 使用了CRISM光谱库的光谱数据, 通过改变目标的温度和算法使用波段, 来研究算法对二者的敏感性。 其中, 因为仪器波段限制等原因, 尚无使用波段对算法的误差推导。 研究结果表明: (1)设置温度范围为115~415 K, 步长5 K, 随着温度的增加, 反演温度的均方根误差增加, 而发射率的误差大致不变。 (2)样本温度为295 K, 算法使用的波段起点为7.5 μm, 采样间隔0.04 μm, 终点为10~13.8 μm, 步长0.2 μm。 发现波长范围在7.5~13.8 μm, 算法的MMD模块的精度最高。 使用算法求解行星“贝努”的表面温度, 结果表明: 在剔除了大太阳高度角和高纬像素的情况下, 算法计算的温度的误差平均值为-0.366 0 K, 误差的标准差为1.0393 K。

海表温度(SST)是平衡地表能量及衡量海水热量的重要指标,SST的高精度预测对全球气候、海洋环境及渔业具有重要意义。极端气候条件下,SST序列呈现明显的非平稳性,传统方法进行海表温度预测(SSTP)时难度大,且精度较低。基于经验模态分解(EMD)算法分解后的SST子序列非平稳性明显降低,且门控循环(GRU)神经网络作为一种常见的机器学习预测模型,参数较少、收敛速度更快,不易在训练过程中出现过拟合现象。结合EMD模型和GRU模型的优势,提出了一种基于EMD-GRU的SST预测模型。为验证所提模型预测效果,对5条不同长度的SST序列进行了多组对比实验。实验结果表明:与直接使用循环神经网络(RNN)、长短期记忆模型(LSTM)、门控循环神经网络(GRU)的模型相比,所提模型预测结果的多尺度复杂度更低;所提模型预测结果的均方差(MSE)和平均绝对误差(MAE)均有不同程度的降低。为验证数据序列长度对预测精度的影响,设计了补充实验。实验结果表明:预测长度越长精度效果越差;通过EMD算法对序列进行处理后,效果均得到了提升,且在预测长度变长的情况下,效果提升较为明显。

针对一种重要对抗措施——核弹头的反模拟气球诱饵，提出了一些有益于突防的具体措施。通过热网络数学模型及差分法，分别对不同大小空间球形目标的白天和夜间表面温度场分布进行了计算。结果表明，为了使诱饵在白天和夜间都能使用，在设计时采用一组不同大小的诱饵，使其表面温度分布在含弹头气球表面温度的附近两侧。这样既可破坏美国导弹防御系统（National Missile Defense, NMD）基于大小识别目标的能力，又可增加对方识别目标的复杂性。

乳腺癌是全球女性发病率和死亡率最高的癌症。采用红外热成像技术能发现早期乳腺癌，并降低死亡率。借鉴了国内外的相关研究成果，采用冷环境及热电激发双重诱导下的红外热成像方法来解决小尺寸癌变组织和乳腺深部癌变组织的红外热成像应用效果差的问题。红外热成像的对比度显著增加了，且通电模式下的温度对比度提高了26.5%。研究表明，热对比度主要受癌变组织大小、深度和温度的影响，同时还受环境温度和换热系数的影响。通过同时控制环境和热源温度的措施提高了热对比度，预期乳腺癌的早期筛查效果可提高50%以上。

建立了重频脉冲激光加热/烧蚀半导体材料物理模型, 在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下, 采用有限元方法数值模拟了硅和锗两种半导体材料前、后表面的升温和烧蚀深度变化规律, 考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明, 材料前表面升温曲线呈齿状, 与金属情形类似; 后表面呈阶梯状, 表现出与金属材料的差异。与连续激光相比, 重频脉冲激光更有利于半导体材料的加热和烧蚀。

针对我国海洋遥感定标检验技术, 提出海洋水体皮温-体温模型, 将海洋皮温测量精度提高至0.3℃.模型皮温数据来源于自主研制架设在南海北部PY-301石油平台上的无人值守自动多波段红外辐射系统, 通过标准黑体标定、光阑校正、天空光校正, 使海水皮温测量精度优于±0.5℃.基于模型分析了风速对海洋皮温和体温差值的影响, 并用所提模型与Donlon模型对海洋皮温测量值进行风速修正, 修正后两者偏差分别为－0.007 6±0.297 1℃和0.044 6±0.324 8℃.结果证明该模型有效且能够提高海洋皮温的测量精度.

为在红外动态战场仿真中实现目标表面温度场的快速计算，需建立平板表面温度工程计算模型。综合考虑外部环境因素及目标内部因素，并利用数学推导及取值分析，获得平板表面温度与外在及内在因素的理论简化表达式。通过控制变量法分析各主要因素对平板表面温度变化速率的影响，并对其进行数学拟合，进而建立了平板表面温度的工程模型。通过与实测数据及商用软件模拟数据的对比，校验了该工程模型的可靠性。结果表明，该工程模型具有快速计算但不失准确性的特点，对目标表面温度场的实时计算具有重要工程应用价值。

针对雷达目标在**打击的重要战略地位, 提出了一种有罩雷达目标表面温度场求解方法。首先, 对雷达目标的结构特性进行分析, 在此基础上将有罩雷达目标简化为椭球目标; 其次, 对雷达目标三维温度场进行建模, 在球坐标系下建立瞬态热传导方程, 分析边界条件, 建立热平衡模型; 最后, 对雷达目标表面温度场模型及边界条件进行简化, 提出了基于降维有限差分的迭代法, 对目标表面温度场进行数值求解。利用文中算法得到的温度场分布及生成的红外仿真图像, 符合实际情况, 其温度变化规律与实际一致, 建立的温度场模型及求解方法切实可行, 为进一步研究目标红外辐射特性提供了基本参数和理论依据。

旨在开展红外辐射测温系统研究，以探测器像元所接收的目标辐照度为基础，详细分析了红外探测系统的信噪比、灵敏度和探测误差，介绍了系统的结构设计及关键参数，并对系统面均匀性进行了细致的校准。针对工业现场特殊应用环境，建立系统背景补偿模型进行对比实验和连续观测实验，对比结果：平均值相差0.15℃，标准差4.4℃，满足工业现场温度测量精度要求；连续观测实验与裂解炉实际运行情况完全一致，表明该系统能够解决管式工业炉炉管表面温度连续实时监测的技术难题。

基于非傅里叶热传导方程，采用复变函数法和镜像法，研究了含双圆柱亚表面缺陷板条材料热波散射的温度场，并给出了热波散射温度场的解析解。分析了入射波波数、热扩散长度、缺陷的埋藏深度以及板条材料的厚度等对板条表面温度分布的影响。温度波由调制光束在材料表面激发，缺陷表面的边界条件为绝热。该分析方法和数值结果可为工程材料结构的传热分析、热波成像和材料内部缺陷评估，以及热物理反问题研究提供参考。